Equipamento para medição da pressão de expansão de argamassa

Um dos principais parâmetros a ser observado na argamassa expansiva é a pressão de expansão, que é caracterizada pela pressão exercida nas paredes do furo da rocha. Dados importantes são coletados deste ensaio, que é a comparação da argamassa comercial com as argamassas desenvolvidas em termos de pressão de expansão.

Nesta etapa o desenvolvimento do trabalho foi complexo e demandou muito tempo, pois no decorrer do projeto, na elaboração de argamassa expansiva, verificou-se a necessidade de uma metodologia adequada e de um equipamento que possibilitasse, de forma simplificada e eficiente, avaliar a pressão produzida por esta argamassa durante o processo de expansão.

Inicialmente foi estudada a possibilidade de adaptação do ensaio edométrico amplamente usado nos estudos de compressibilidade de solos, utilizando o equipamento Oedômetro do laboratório de solos do Departamento de Engenharia Civil – UAEC/UFCG. O ensaio não se mostrou adequado para esta medida, pois

Sousa, Antonio A. P. de Desenvolvimento de argamassa expansiva para lavra de rochas ornamentais este equipamento, utilizado na medida de compactação de solos, impõe uma carga para compensar uma expansão prévia de volume do solo após a absorção de uma determinada quantidade de água, o que, no caso da argamassa expansiva, se torna inexeqüível, uma vez que, após a expansão, a argamassa expansiva não retorna as suas dimensões anteriores. Isto ocorre devido à natureza química da expansão da argamassa, em contraposição à expansão puramente física de um determinado solo em contato com certa quantidade de água.

A Figura 3.4 mostra o equipamento Oedômetro do laboratório de solos do Departamento de Engenharia Civil – UAEC/UFCG utilizado para viabilizar uma metodologia de medição da pressão de expansão de argamassas expansivas comerciais, tendo sido descartado devido o comportamento dinâmico do aumento volumétrico da argamassa expansiva a que o ensaio foi submetido.

FIGURA 3.4- Oedómetro testado para ensaio preliminar de medição da pressão de expansão de argamassa.

Outra tentativa de medição da pressão de expansão de argamassa foi utilizando o princípio dos ensaios dinâmicos de tração e compressão de materiais através da máquina universal de ensaios mecânicos, para isso, foi construído um corpo metálico, conforme se observa na Figura 3.5, que simulasse as dimensões dos furos na rocha.

A leitura foi obtida através da máquina universal de ensaio mecânico (equipamento de compressão uniaxial D-6940), com suporte de carga de 1/2 tonelada, do Laboratório de Engenharia de Materiais –UAEMa/UFCG (Campina Grande/PB), apresentado na Figura 3.6. Este ensaio foi denominado de teste adaptado de pressão de expansão.

Área = 0,196 cm2 Volume = 1,9635 cm3

↑ = sentido da pressão exercida pela argamassa

FIGURA 3.5 - Corpo metálico com tampa móvel para ensaio de pressão de expansão.

O corpo metálico (molde) mostrado na Figura 3.5 era preenchido com amostra e fechado com a tampa, em seguida fixado na máquina universal (Figura 3.6) de modo que não houvesse nenhum deslocamento durante a reação. Este equipamento fornece três tipos de dados: velocidade, deslocamento e força. No início, todos esses dados foram zerados e durante a reação somente à força era alterada. Esta força verificada negativa pelo aparelho e dada em kgf, era dividida pela área da abertura do corpo (0,196 cm2, molde cilindro de 10 cm de altura e diâmetro de 0,5 cm) obtendo-se assim o respectivo valor da pressão de expansão.

O equipamento de compressão uniaxial (Figura 3.6) apresentou limitações para realização do ensaio de pressão de argamassa devido à limitação da célula de carga observado durante os ensaios iniciais das argamassas comerciais, além disso, como este equipamento é projetado para ensaios dinâmicos, com software (programa computacional) também projetado para esta finalidade, não permite a obtenção de curvas entre a força versus tempo, por isso, houve a necessidade de um projeto para desenvolvimento de um equipamento adequado para a continuidade da pesquisa no tocante a ensaio tecnológico da pressão de expansão.

FIGURA 3.6 - Equipamento de compressão usado no teste adaptado de pressão expansiva.

Sousa, Antonio A. P. de Desenvolvimento de argamassa expansiva para lavra de rochas ornamentais Após as tentativas para medição de pressão utilizando o equipamento Oedômetro e o de compressão unixial elaborou-se um projeto para a elaboração de um equipamento de medição da pressão de expansão, inclusive resultando numa Dissertação de Mestrado em Ciências e Engenharia de Materiais aprovado em maio de 2007 do Engenheiro Rômulo Augusto Ventura Silva com o Título: Desenvolvimento de um equipamento para ensaio de pressão de expansão em argamassa expansiva, constando ainda com a colaboração e apoio financeiro do projeto FUNDECI/Banco do Nordeste do Brasil (BNB)/FUJI S/A - Mármores e Granitos e do programa de bolsas de iniciação científica do CNPq.

O projeto deste equipamento foi desenvolvido utilizando tecnologia de micro controladores, conversores analógico-digitais do tipo SAR (successive approximation register), célula de carga do tipo “S” com capacidade para duas toneladas e, com relação à estrutura física, onde se utilizou o CAD (Computer Aided Design) tanto para o projeto do equipamento em si, como para o projeto dos circuitos elétricos de controle. A Figura 3.7 apresenta o projeto em CAD da máquina de medição da pressão de expansão.

FIGURA 3.7 - Projeto da Máquina em CAD. No detalhe, suportes laterais e plataformas.

A Figura 3.8 mostra a estrutura mecânica principal, abrangendo o motor, parafusos sem fim, engrenagens mecânicas, inclusive testadas para a

movimentação e ajuste da altura. Em se tratando da parte mecânica, houve re- projeto devido à necessidade de melhorias na parte e ajuste do suporte, principalmente nos rolamentos e no fuso de regulagem da altura do suporte de carga. Na parte eletrônica, as principais causas de falhas foram resolvidas pela a correta calibração dos leitores dos sensores, até atingir as precisões requeridas.

FIGURA 3.8 – Fases de execução da estrutura mecânica da máquina de medição da pressão de expansão: (a) máquina em fase de confecção na oficina. (b) estrutura do suporte da célula de carga e na parte inferior o motor de acionamento dos fusos. (c) a máquina pronta para os primeiros ensaios no Laboratório de Engenharia de Materiais da UAEMa/UFCG.

Os suportes mecânicos que são: suporte da célula de carga, suporte do corpo de prova e o botão de carga, foram confeccionados dentro das especificações do projeto. Assim, tendo todos atingiram as metas iniciais. A Figura 3.9 apresenta as partes que compõe o corpo de prova deste equipamento.

FIGURA 3.9 - Corpo de prova para ensaio da pressão de expansão: (a) peças prontas. (b) corpo de prova montado com a célula de carga e (c) pino de limpeza no centro do corpo de prova.

(a)

(b)

(c)

(b)

Sousa, Antonio A. P. de Desenvolvimento de argamassa expansiva para lavra de rochas ornamentais A Figura 3.10 apresenta o equipamento de medição em pleno funcionamento no Laboratório de engenharia de materiais da UAEMa/UFCG. Após conclusão das etapas propostas para o desenvolvimento foi colocada em funcionamento à máquina e viabilizada a metodologia para o ensaio de medição da pressão de expansão de argamassa. O equipamento durante a realização dos ensaios (mais de 50 ensaios com o tempo mínimo de 24 horas) demonstrou ser robusto e confiável para o desempenho esperado de medição da pressão de argamassa expansiva.

FIGURA 3.10 – Equipamento de medição de pressão de expansão em pleno funcionamento, após o re-projeto e calibração final da máquina: (a) painel de controle. (b) célula de carga e molde do corpo de prova.

3.2.2.2 Metodologia do ensaio para medição da pressão de expansão de argamassa

A preparação da amostra é uma das etapas mais importantes, onde se deve ter a máxima atenção na correta proporção dos componentes e na mistura, para garantir a reprodutibilidade dos dados obtidos.

A amostra para o ensaio de pressão de expansão deve ser feita a partir de 30g de argamassa expansiva, recém retirada da embalagem. Esses 30g devem ser acrescidos de 9mL de água em um recipiente plástico com pelo menos 4 cm de diâmetro interno para facilitar o processo de homogeneização. A correta quantidade de água é fundamental, pois tem também influência na cinética de reação, assim, dosagens incorretas podem comprometer os dados obtidos. Contudo, o volume de água deverá ser o que possibilite trabalhabilidade e consistência adequada para se colocar a argamassa no molde.

A mistura deve ser feita com um bastão, de forma intensa, em movimentos circulares em um tempo de 3 minutos. Neste momento, a argamassa deve apresentar uma viscosidade elevada no começo da mistura, se tornando menor

conforme a homogeneização prossegue, devido ao comportamento tixotrópico da mistura.

A amostra preparada deve ser imediatamente vertida no molde metálico. Para isso, a mesma deve ser mantida sob constante agitação e ser lentamente transferida, para evitar a formação de bolhas no interior do molde. Após a transferência, deve-se bater levemente algumas vezes no molde para que as bolhas geradas durante o processo de transferência aflorem a superfície. A Figura 3.11 apresenta a colocação da amostra de argamassa dentro do molde para ser ensaiado no equipamento de medição de pressão. Após a transferência, fecha-se o molde com a parte superior, lentamente, e faz-se a limpeza externa com o auxilio de um pano úmido.

FIGURA 3.11 - Corpo de prova (molde) sendo preenchido com argamassa expansiva

Durante todo o processo de preparação da amostra, devem ser utilizados óculos de proteção. Devido a alta alcalinidade da argamassa que pode provocar queimaduras se entrar em contato com a pele ou com os olhos. O corpo de prova consome cerca de 20 gramas da mistura para ser preenchido, o resto deve ser deixado no recipiente plástico da mistura para o acompanhamento visual do processo de expansão.

Depois de preparado, o molde com a argamassa deve ser colocado na máquina de ensaio como apresentado na Figura 3.12. Neste momento, deve-se observar a centralização do corpo de prova na máquina e o tempo máximo para o início da medição, recomenda-se que, do inicio da mistura até o início da leitura, não se exceda, 10 minutos. Programa-se o intervalo de leituras e o programa computacional de captura dos dados. O intervalo programado no equipamento vai

Sousa, Antonio A. P. de Desenvolvimento de argamassa expansiva para lavra de rochas ornamentais definir a qualidade estatística dos dados obtidos. Quando menor o intervalo, maior a quantidade de dados, embora uma quantidade muito grande de dados aumente consideravelmente o tempo de processamento e os recursos computacionais requeridos.

FIGURA 3.12 - Ensaio preparado para execução no equipamento de medição de pressão de expansão desenvolvido nesta pesquisa.

Os ensaios foram realizados no Laboratório de Caracterização de Materiais da Unidade Acadêmica de Engenharia de Materiais da UFCG, sendo os dados capturados em uma estação de trabalho local e analisados posteriormente em um computador Pentium III com 750MHz. A temperatura do laboratório, aferida nas primeiras horas do ensaio com um multímetro modelo ET-2042C da marca Minipa, estavam dentro do intervalo de 26o + 2° C.